煤层开采地表移动变形监测方法浅析

史培翠

摘   要：传统对因煤层开发而引起的地表移动监测的测量方法比较依靠人力，在室外进行操作其工作强度和工作量很大，而且因为局限性无法获得动态科学的监测数据。近几年，随着科学技术的发展以及国家对地表移动测量技术和仪器的研究使其快速发展，目前在因煤层开采而引起地表移动普遍使用测量机器人和近景摄影测量技术。且通过实践证明确实对测量提供极大的方便，而且数据准确可靠。本文通过分析两种方法的优势，并在此基础上探索一种全新的监测新方法。

关键词：测量机器人  近景摄影测量  监测方法

中图分类号：TD325                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0016-02

1   两种监测的方法的应用情况和对于观察点的选取

1.1 测量机器人在运动变化监测里的运用

测量机器人的驱动能源是由伺服马达提供，并且根据机载的部分控制操作让这个机器人能够自己认识目标、量取目标以及主动的识别并且观察数据。测量机器人的测量的角度十分准确，他测量的角度精确度能够接近0. 5″。而且在这个机器之上，对机器来进行一定的监测，从而了解到该机器的差分改正系数，从而满足温度、气压、大气折光这些环境的因素对测量远近、测量的角度观测值的实时差分进行一定的修改，可以增加观察的精确度。和一些正常的全站仪测量的机器人相比较来说，有着自动的照准能力，可能会有着变形观察系统，而且可以根据GeoBasic来开始第二次的研究發明，所以测量的机器人能够被很多人进行大面积的使用。现在TCA2003 已经可以用于小浪底大坝外围形状变化监测、电站的变形监测等监测工程中。一些其他的工程的例子，即使具体的检查方式以及运用的所有检查程序的不一样，然而它大概得道理和使用方法差不多，都是根据TCA2003的自己去对照瞄准系统创造新的观察系统，自己得到监测点在不一样时期的具体位置。

1.2 近景摄影测量在变形监测中的应用

近景摄影测量是根据摄影测量学衍生而来，其使用的测量手法是非接触性，其优点很明显，例如测量速率快、高效率、能获得较大信息、不和目标产生近距离的接触。近景摄影测量能够利用不是量的数码相机来去照相并且进行测量，他用的工具成本十分低廉，并且方便咱们的工作人员进行使用，在室外进行工作时，会显得非常灵活方便，由于此项技术的诸多优点被广泛应用于其他各大领域监测，例如大坝、矿区等变形监测。由于近景摄影测量原理，不同的研究人员在进行地表移动变形的测量数据和数据处理时，可能会因为测量地的环境不同、摄影方式不同、数据处理方式不同，所以导致最终得到数据精度可能不同。

1.3 地表移动变形观测站基准点的选择准则

在进行地表变形的监测时需要选择一个合适观测站，在观测点位置选择上需要按以下进行考虑：

（1）根据开采沉降规程的相关规定，地表移动观测线应布设在地表移动的主断面上，观测线方向应布设成与采区面边界相平行或垂直。

（2）设站地区，在观测期间不能受到邻近采区面开采的影响。

（3）布设观测站的基本控制点时要布设在预计采区范围之外，埋设要牢固。

（4）为便于测站点的观测和实际应用，观测线应尽量选在较为平坦、视线开阔的地区，避开冲沟和陡崖及树林。

（5）为充分反映地表的移动变形状况，地表观测站测点应有一定的密度。

2  地表移动变形监测新方法

2.1 分析精确度

观测TCA2003测量碎步点的所具有的精确值，是不是能达到进行山体转移以及变形监测作为像控点坐标对于精确度的基本要求。根据坐标正算公式，得监测点坐标表达式中，δ是垂直角，β分是水平角; S是斜距; k是大气折光系数;R是地球曲率半径; i是仪器的高。Hi中第三部分是求气差所带来的，当测距较短时，这部分可以不去考虑。

使近景摄影测量产生偏差的因素有一点多，其中比较主要的有摄影基线的放置以及摄影的方法、像控点的数目以及布设的方法、像控点位置进行实际测量的精确度、相机的像素以及镜头的不精确等。为了增加精确的程度，可以减少上文所提及的误差，该文章通过运用 TCA2003 来得到比较高的精度的像控点的位置，从误差的本身考虑，从而提高了精确度。在照相以及对数据进行处理的时候，还能够从别的误差本身去处理，这样可以降低误差，从而使精确度变高，下文中变形监测的方案有其他说明。

2.2 变形监测站制作

由于监测站要成为 TCA2003 的监测点以及像控点，故对它的结构有这其他的要求。它的观测墩和地表运动观测站的下面的观测墩是一样的，被埋藏在地面以下。观测墩的上面需要放置基本的底座，基座上面装有水准器其更加平整。基座上有近景摄影测量，从而可以运用标靶，标靶的厚度是一定的，它是固定的，而且能够和基座相垂直。

监测站在进行埋藏时，应该让基座上面的水准气泡处于中间的位置，这样可以让标靶保持垂直的状态。如果想要测量近景摄影测量的像控点位置，仅仅要对监测站坐标在竖直方向来进行更改。

由于观测墩的整体是在地面之下的，并且它底面的面积很小，它伴随着地表进行整体的下移不会产生监测站的整体的移动，所以可将标靶当做是垂直的。

2.3 变形监测的方案

在变形区之外的比较高的地面上选择已经知道坐标的基准站，用它来使 TCA2003保持平稳，努力去减小基准站以及监测站间的远近。在矿山的变形地点建设比较持久的监测站，持续不断的观察山体表面转移的状况。选取小部分处于变形区的外面，别的布设在变形区的里面，要保证地面表层运动盆地的主要特质点周围存在监测站，可以捕捉到移动变化的消息信息。监测站的情形要符近景摄影测量像控点的需要，需要合理的进行放置，防止布设在一个直线或者是一个平面里。在拍摄以前非量测相机应该开始几何的标定，从而获取相机内各种方位上的元素、几何纠变以及辐射纠变参数。在进行室外拍摄的时候，需要运用旋转多基线交相摄影的方法，因此能够减少对像控点布置的需要。依据它实际的地形，拍照的地点应该比拍摄的区域要高，减少拍摄的距离，这样能够增加拍照的精确度。摄影基线的长度需要根据摄影的远近以及拍摄的范围来进行考究。

监测站布设完成以后，在基准站安装TCA2003，打开系统自动循环监测，得到比较高的精度监测站运动变形数据。依据地下的采煤掘进的具体状况来对山体拍摄，并且记下拍摄的时间，以对应时间 TCA2003得到的监测站坐标作为像控点位置，以此计算得到精准度很高的山体运动变形面状的数据。这时，两项监测的外业的任务一个人做即可，这样能够增加在外工作的效率，提高灵活性。

3  结语

采煤结束后地表变化的精准估计应该需要比较详细的地面变化估计数据，为了确保矿井在以后的开采过程中可以更好的地了解煤层开采对地表变化所产生的影响，为矿井的更加各界的布置提出比较合理的信息，在之后能够进行地表的实地变形監测，从而得到地表变形的在现实中的数据，得到精准以及靠谱的地表移动变形参数。为矿井开采设计以及地表建筑物的保护提供了安全可靠的证据;也为矿区生态的恢复以及治理，选择比较合理的复垦技术方案，来提供原始技术信息。

参考文献

[1] 康建荣，何万龙，胡海峰.山区采动地表变形及坡体稳定性分析[M].北京：中国科学技术出版社，2017.

[2] 侯新春.GPS-RTK在山区开采沉陷中的应用研究[J]. 山西焦煤科技，2011（9）：25-27.

[3] 盛业华，闻志刚，宋金铃.矿山地表塌陷区的数字近景摄影测量监测技术[J].中国矿业大学学报，2016，32（4）： 411-415.